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滾珠絲杠、直線導軌的現狀及技術動向


滾珠絲杠、直線導軌的現狀及技術動向

  中國作為世界上最大的機床消費國,制造業已經發展成為一個支柱產業。由于汽車工業的發展,對機床的速度和效率都提出了新的更高的要求。據了解,目前中國機床的數控化率發展很快。日本機床的數控化率從開始的40%提高到目前90%的水平,大約花了15年的時間,從中國現在發展的速度來看,如要達到目前日本的水平,估計不需要花費這么多的時間,提高數控機床功能零部件的性能和質量已經成為中國機床工業發展的當務之急。

    為實現其高性能,中國生產的機床在驅動上使用高精度滾珠絲杠的比率有了很大的提高。目前機床采用的滾珠絲杠,有價格較低的國產的,也有精度較高的日本和歐洲等進口產品。使用進口產品往往是在那些對加工速度、精度、壽命及穩定性方面有較高要求的機床。

    隨著機床速度的提高,導軌的使用也由滑動向滾動轉化。在中國,由于機床速度較低及制造成本上的原因,滑動導軌的使用還占大多數,但使用滾珠導軌和滾柱導軌的機床數量在急速上升。由于滾動導軌具有高速、長壽命、可加預壓、安裝方便等方面的優點,隨著對機床性能及數控化要求的提高,滾動導軌使用比率的提高是必然的趨勢。

   (1996年到2002年JIMT展會加工中心的移動速度  左豎軸 展出的臺數,橫軸機床移動速度)

    要提高機床的生產效率,就要提高機床的速度。  圖1所示的是從1996年到2002年在日本國際機床展上展出的加工中心的速度統計數據,Y軸是臺數,X軸是快進速度。在日本,機床的進給速度每年都在刷新,明顯呈高速化趨勢。例如,速度為60m/min的機床,每年都在增加,這些機床都大量使用NSK的產品。在中國,已開始生產速度為60m/min的加工中心,由此,對高速滾珠絲杠和直線導軌的需求也會有快速的增加。

    NSK從1916年開始開發制造軸承,已經具有90年生產軸承和45年生產滾珠絲杠的歷史。最近幾年,NSK還開發出了高速靜音滾珠絲杠,高負荷滾子直線導軌,這將對中國發展高性能機床提供有力的支持。軸承制造技術是NSK的強項,以此滾動技術為基礎, 不斷開發生產滾珠絲杠、直線導軌、主軸單元以及幾乎使用于機床各個部分的所有滾動部件。在上個世紀80年代,在日本國內機床業數控化的進程中,NSK的精密軸承和精密滾珠絲杠擔當了一個非常重要的角色。

    在CCMT2006上NSK展出一些先進的產品。

    在幾年前,日本國內就開始生產速度超過100m/min的機床。為滿足其高速的需求,NSK開發了DN值達22萬(DN=軸徑x轉數),靜音、且帶有新的潤滑結構、新循環方式的BSS系列高速滾珠絲杠。

    機床的高速化,高加減速度的要求,使得滾珠絲杠的負載不斷增加。為了滿足高速的要求,一般來講可選用大的導程滾珠絲杠,但是,選用大導程的滾珠絲杠會引起負荷能力不足、剛性不足的問題。NSK所開發的新BSS系列高速滾珠絲杠(  圖2),具有低噪音,低震動的特征。由于采用了新的循環方式,其DN值也就是軸徑和轉數的乘積可達到22萬,比現有的產品提高1倍。而且,噪音可降低5到7個分貝。另外,由于不帶鋼球循環管,與現有同類產品相比較,螺母的外徑可以減小15%~30%。根據需要,還可加上高防塵密封蓋及免維護的自動潤滑元件K1。并有中導程和大導程許多規格,其產品得到了日本許多大型機床廠家的好評。

    20多年來,NSK主要致力于開發直線球導軌。從2003年開始生產銷售直線滾子導軌RA系列產品(圖3 ),其產品在負荷、剛性、運動性能等方面都優于目前其他生產商的同類產品。

    在剛性方面,由于采用了FEN解析技術進行優化設計,使得其內部變形達到最小,對于滑塊來講,其開口部的變形就小,從而確保了其達到最優化的剛性。

    最近幾年,中國的汽車行業發展勢頭迅猛。到2010年,中國國內的汽車年產量預計可達1000萬臺之多。汽車行業的發展又帶動了其他行業的發展,其中注塑機的需求亦大幅度得到增長。注塑機的需求,不但在汽車行業,在中國作為支柱產業的IT、半導體行業亦有大量的需求,并且對其產品提出了高精度、高性能、高效率的要求。注塑機專用絲杠――HTF系列就是應這種需求發展起來的。

    目前,在中國國內生產的注塑機基本上是液壓式的。最近幾年,電動式注塑機在日本得到了急速的發展。電動式注塑機與液壓式注塑機在結構上的主要區別在于驅動方式,電動式注塑機不是以液壓來驅動而是以伺服電機、滾珠絲杠來驅動的。到目前為止,在日本國內,電動式注塑機已占到注塑機總量的75%。根據本公司的調查資料,電動式對于液壓式的比率在逐年增加,電動式注塑機最大已做到了1000t。

    液壓式注塑機向電動式注塑機轉化,主要需要進行改造的部分是注塑部分和合模部分,其它還包括注塑嘴定位部、脫模部。其中注塑和合模部分要求很高的負荷承受能力,特別是注塑部分的滾珠絲杠,需把粘度較高的塑性材料以高速射出,并加以保持,以20~150mm的行程,以100~250mm/sec的比較慢的速度,在高負荷的狀態下,反復運動。所以對于注塑部分的滾珠絲杠,要求能在小行程下運動并具有良好的承受高負荷的能力是滾珠絲杠在設計上必須注意的。

    由于注塑機的電動化,就對滾珠絲杠的承載能力提出了要求,為滿電動式注塑機的高負荷要求,NSK開發了處于世界領先水平的注塑機專用絲杠――HTF系列滾珠絲杠,目前在日本的電動式注塑機的市場占有率達80%。HTF系列大負荷滾珠絲杠的外形。

    機床業與其他行業一樣,必須關注環保的問題,因此,在潤滑油的使用、廢油處理等方面有一定的限制。為此,NSK開發了可長期免維護的自動潤滑元件K1 ,可使用在軸承、滾珠絲杠和直線導軌上,并承諾可運行5年或1萬km免維護。

    是一個裝有K1和不裝有K1的導軌的實際使用比較例子,其用途是用在汽車焊接生產線上的機器人,使用環境非常惡劣。原來未使用K1時,不滿一年就會因潤滑不良而發生鋼球阻塞等故障。由照片亦可看到鋼球及導軌有生銹的情況。用了K1,使用一年后進行分解觀察,鋼球和滾道磨損很少,亦沒有發生生銹的情況,使用情況良好。

    NSK在世界各地設有4所技術研究中心(日本、美國、歐洲、中國),技術研究中心擔負著產品開發研究所需的評價試驗、壽命試驗和產品品質的驗證等的任務,具有世界一流的技術力量。技術研究中心對產品開發的研究成果,對生產的指導和產品品質的管理起到了很大的作用,使得NSK的產品得到了客戶的充分信賴。

    NSK以持有世界第一的滾珠絲杠市場占有率而自豪,軸承的市場占有率在日本國內為第一,世界為第三,直線導軌的市場占有率為世界第三。滾珠絲杠在速度、精度等的主要技術參數上,在行業中處于最高水平,走在世界機床及產業水平的前端。


 

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